Конспект лекций по практикуму. Санкт-петербург, 2001 г
| скачать ГЕОМЕХАНИКА (при разработке рудных месторождений). Конспект лекций по практикуму. САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 2001 г. Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В.Плеханова (технический университет) Кафедра разработки месторождений подземным способом ГЕОМЕХАНИКА (при разработке рудных месторождений). Конспект лекций по практикуму для студентов специальности 090200 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых» специализации 090202 «Подземная разработка рудных месторождений полезных ископаемых» САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 2001 г. УДК 622.831.2 (07) ГЕОМЕХАНИКА: конспект лекций по практикуму для студентов специализации 090202 / Санкт-Петербургский государственный горный ин-т. Сост.: проф. В.М.Шик, СПб, 2001, с. Краткое содержание лекций, сопровождающих лабораторные и практические занятия. Изложены расчетные методы построения паспортов прочности горных пород; эпюр нормальных и радиальных главных напряжений в окрестности выработки; основные вопросы, предлагаемые студентам для подготовки сообщений по темам дисциплины "Геомеханика", их обсуждения и анализа проблем обеспечения устойчивости кровли в камерах, целиков, закладочного массива. Библиография: 23 назв. Научный редактор: проф. В.П. Зубов ^ Практикум по дисциплине "Геомеханика" предназначен для углубленного изучения: - фундаментальных принципов механики горного массива, связанных с его напряженным состоянием и разрушением; - геомеханических процессов, происходящих в основных конструктивных элементах систем разработок – кровле камер, междукамерных и междуэтажных целиков, потолочинах, вертикальных и горизонтальных обнажениях закладочного массива. Практикум соответствует курсу лекций по дисциплине "Геомеханика", который читается студентам специализации 090202 в СПбГГИ (ТУ). Все ссылки на номера разделов, формул и таблиц приведены в соответствии с этим курсом. ^ по результатам испытания образцов. Методика построения паспортов соответствует ГОСТ 21153.8-88 "Породы горные. Метод определения предела прочности при объемном сжатии". В качестве исходных данных принимаются средние арифметические значения пределов прочности породы при одноосном сжатии σср и одноосном растяжении σр. Методы определения этих величин рассматриваются в курсе "Физико-механические свойства скальных горных пород", а также приведены в ГОСТ 21153-84 и ГОСТ 21153-85. Методика рассматривается на следующем примере: построить паспорт прочности монолита мрамора, для которого определены σсж = 78.7 МПа, σр = 10.2 МПа. Плотность породы γ = 0.029 МН/м3, глубина залегания Н = 1500 м, максимальный коэффициент концентрации напряжений на контуре выработки kо.д. = 2.55. 2.1. Определение координат точек огибающей кругов Мора: 2.1.1. определяется отношение безразмерных радиусов q1 и q2 кругов Мора  2.1.2. По таблице 1 в соответствии с отношением q2/q1 определяются параметры: q2 = 0.1940, k1 + q1 = 0.0517. Т.к. для отношения q2/q1 = 7.7 значения этих параметров не указаны, то они определяются методом интерполяции между значениями q2/q1 = 7.6 и q2/q1 = 7.8. 2.1.3. Определяется значение параметра формы огибающей по формуле:  2.1.4. Определяется значение переноса начала координат по формуле  Таблица 1. Коэффициенты для определения параметров формы огибающей
2.1.5. Определяется верхнее граничное значение безразмерной координаты по формуле  гдеσ – нормальное тангенциальное напряжение, действующее в массиве. На контуре выработки значение σ определяется по формуле  Согласно ГОСТ 21153.8-88, данный метод построения паспорта применим в диапазоне нормальных напряжений  т.е. в рассматриваемых условиях применение метода корректно, т.к. Тогда  2.1.6. По таблице 2 в соответствии с вычисленным значением K= 0.6 определяется параметр  Таблица 2. Безразмерные координаты для построения паспорта прочности
2.1.7. По таблице 2 выбираются парные значения K и  , начиная от верхнего значения К (п.2.1.6) при соблюдении следующих требований:
2.1.8. Определяются координаты  и  точек огибающей кругов Мора по формулам  Например, при K = 0.4 и, соответственно,    при K = 0.01 и   Результаты вычислений координат записываются в таблицу 3. Таблица 3. Координаты точек огибающей кругов Мора.
2.2. Построение огибающей кругов Мора. По совокупности парных значений и в координатах  наносят семейство точек и соединяют их плавной кривой (рис.1). Контроль правильности расчетов и построения огибающей выполняется построением полуокружностей радиусами  и  с координатами центров  0) и  0). Если расчеты и построения выполнены правильно, то полуокружности должны коснуться огибающей. Рис.1 Паспорт прочности горной породы 2.3. Определение основных параметров паспорта прочности. 2.3.1. Определяется сцепление c0, как предельное сопротивление срезу  при отсутствии нормальных напряжений на площадке сдвига: при  по рис.1 находим, что   2.3.2. Определяется угол внутреннего трения при отсутствии нормальных напряжений на площадке сдвига  , как угол наклона касательной к огибающей в точке с координатами и  .2.3.3. Определяется условное сцепление ca в любой точке a огибающей как ординату пересечения касательной с осью и соответствующий угол внутреннего трения  . Например, для точки  с координатами  и   значение определяется по формуле 2.3.4. Определяется условное сцепление в заданном диапазоне нормальных напряжений, например, от  до  как ординату пересечения продолжения прямой вс с осью ординат:  . Условный угол внутреннего трения  определяется по формуле  где и  - соответственно ординаты точек с и в.^ 3.1. Параметры эпюр коэффициента концентрации нормальных радиальных напряжений  определяются по формуле 4.25 (см. курс лекций).По заданным значениям коэффициента Пуассона  и радиуса выработки a в полярной системе координат ( определяются значения kо.д. для различных значений угла  и относительного значения координаты a/r, например  с шагом  и  Полученные значения kr в масштабе откладываются по лучам, соответствующим принятым значениям полярного угла  эпюры строятся отдельно для каждого принятого в расчете значения  3.2. Аналогично по формуле 4.26 вычисляются значения коэффициента концентрации нормальных тангенциальных напряжений kθ и строятся эпюры в полярной системе координат (  3.3. Проверка правильности построения эпюр производится в соответствии с правилами, изложенными в разделе 3 лекционного курса (параграфы 3.2.1.1 и 3.2.1.2). 3.4. Для направлений θ = 0 и  строятся эпюры kr и kθ вдоль координаты  3.5. В соответствии с заданными значениями плотности породы γ, глубины расположения выработки Н и определенных выше значений kr и kθ определяются значения действующих нормальных напряжений  и  (формулы 4.1 и 4.6), которые сопоставляются с прочностными характеристиками породы  и  , Ci и  на контуре выработки  и в глубине массива  , на основании чего составляется заключение о наличии или отсутствии разрушения (параграф 3.2.1.6).^ разработки рудных месторождений. На основании разделов 9-14 лекционного курса слушатели готовят сообщения, в процессе обсуждения которых должны быть рассмотрены следующие вопросы. ^ 1. Чем характерно деформирование целиков при полном сцеплении и сухом трении на контактах с боковыми породами? При наличии пластичных прослойков? 2. Что характеризует жесткость целиков? От каких факторов она зависит и чем может регулироваться? 3. Как происходит деформирование целиков в режиме заданных деформаций? 4. То же в режиме заданных нагрузок? 5. То же в комбинированном режиме? 6. Как происходит изменение в распределении нагрузок на целики по мере развития горных работ? 7. В чем заключается метод расчета целиков по Шевякову-Турнеру? ^ 10.ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ НАКЛОННЫХ И КРУТОПАДАЮЩИХ ЖИЛ И ПЛАСТОВ СИСТЕМАМИ С ОТКРЫТЫМ ОЧИСТНЫМ ПРОСТРАНСТВОМ 1. Как происходит изменение напряженно-деформированного состояния нависающего массива при подвигании очистного забоя по восстанию? 2. Какие деформации при этом характерны для массивов, сложенных породами средней прочности (осадочных) и прочных (метаморфических)? 3. В чем заключается различие потолко- и почвоуступных систем с точки зрения формирования зон опорного давления? 4. Почему происходит дополнительное увеличение напряжений сжатия вблизи разрывных нарушений? 5. В каких случаях возникает необходимость возведения крепи в очистной выработке? 6. В чем заключается опасность с точки зрения горных ударов и какие меры следует применять для снижения удароопасности системы с подэтажным магазинированием? 7. То же при системе поэтажных штреков? 8. То же при системе подэтажного обрушения? ^ 11. ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ КАМЕРНО-СТОЛБОВОЙ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ ПОЛОГИХ ЗАЛЕЖЕЙ 1. Как формируются зоны опорного давления при отработке залежи одним слоем: на панельных и междукамерных целиках, краевых и выступающих частях массива? 2. Каково значение жесткости междукамерных целиков, какими параметрами она может регулироваться? 3. Как происходит перераспределение давления на опорные целики при отработке 2-го и последующих слоев? Какие меры необходимы для предотвращения разрушения целиков? 4. Как происходит перераспределение опорного давления и нагрузок на целики при отработке сближенных рудных тел? 5. Какое влияние на устойчивость кровли камер в сближенных залежах оказывает сейсмическое воздействие взрывных работ при нисходящем и восходящем порядке отработки? 6. Каковы причины разрушения пород в междукамерных потолочинах верхней и нижней сближенных залежей при несоосном и соосном расположении целиков? 7. Какова роль горно-геологических и горнотехнических факторов в создании удароопасных ситуаций? 8. Особенности напряженного состояния массива вблизи разрывного нарушения, в обоих крыльях которого залегают плотные крепкие породы. 9. То же при наличии зон дробления? 10. Какие региональные и локальные методы используются для прогноза удароопасности? 11. Какие меры по предотвращению удароопасности применяются при камерно-столбовой системе? ^ 12. ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МОЩНЫХ ПОЛОГИХ РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ . 1. Каким образом связан характер разрушения стенок горно-подготовительных выработок с ориентировкой главных напряжений в массиве? 2. Каким будет характер разрушения в подготовительных выработках, если максимальное главное напряжение ориентировано горизонтально поперек продольной оси выработки, а минимальное по вертикали? 3. То же параллельно продольной оси? 4. То же в случаях, когда максимальное главное напряжение ориентировано по вертикали, а минимальное – горизонтально поперек продольной оси выработки? 5. То же параллельно продольной оси? 6. Каков характер распределения опорного давления в барьерных целиках? Вследствие каких причин образуются трещины давления в выработках, пройденных в этих целиках? 7. С какого рода опасностями связан переход подготовительных выработок разрывных тектонических нарушений, даек прочных пород? 8. Каковы особенности проявлений горного давления при пересечении выработками контактов разномодульных пород? 9. Каков характер распределения вертикальной и горизонтальной составляющих напряжений в зонах опорного давления в потолочине и боках камер при этажно-камерной системе? 10. С какими факторами связана опасность внезапных массовых обрушений и воздушных ударов при этой системе? 11. Какие конструктивные элементы этой системы наиболее удароопасны? ^ 13. ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ НАКЛОННОГО И КРУТОГО ПАДЕНИЯ 1. Какие горно-геологические и горнотехнические факторы влияют на напряженное состояние целиков при блоковой подготовке? 2. В чем заключается особенность напряженного состояния массива на месторождениях с крутым залеганием рудных тел? 3. Что является причиной разрушения междукамерных целиков? 4. Что является характерным в распределении напряжений в междукамерных и междуэтажных целиках и боковых породах в развитых стадиях отработки рудного тела? 5. Что является осложняющим фактором при поддержании горно-подготовительных выработок, расположенных в целиках, днище камер, в породах лежачего бока? 6. В чем заключается причина и как происходит сдвижение пород висячего бока при блоковой подготовке? 7. Какова роль обрушенных пород в формировании нагрузок на междуэтажные целики и породы лежачего бока? 8. В чем заключена опасность образования пустот на месте отработанных камер? 9. Каковы причины возникновения ударов горно-тектонического типа? ^ 14. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА ПРИ ОТРАБОТКЕ РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ И ЕГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВМЕЩАЮЩИМИ ПОРОДАМИ 1. Каковы функции закладки, как средства управления геомеханическими процессами? 2. Как проявляется влияние угла падения на силовое взаимодействие закладки с породами висячего бока? 3. Какие зоны по характеру напряженного состояния выделяются в закладочном массиве на различном расстоянии от забоя? 4. Как происходит формирование зон опорного давления и разгрузки при сплошной системе при отработке рудного тела горизонтальными слоями? 5. До какого уровня могут достигать напряжения в закладочном массиве в зоне полной подработки? 6. Какая опасность существует при отработке разделительных массивов между рудниками? 7. В чем заключается защитный противоударный эффект при опережающей отработке подкровельного слоя? ^ 1. Горное дело: Терминологический словарь / Г.Д. Лидин, Л.Д. Воронина и др. – М.: Недра, 1990., – 694 с. 2. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений: Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра. – 1994. –382 с.: ил. 3. Прочность и деформируемость горных пород / Ю.М. Карташов, Б.В. Матвеев, Г.В. Михеев, А.Б. Фадеев. М., Недра, 1979, 269 с. 4. Борисов А.А. Механика горных пород и массивов. М., Недра, 1980, 360 с. 5. Фисенко Г.Л. Предельные состояния горных пород вокруг выработок. – М.: Недра, 1976, 272 с. 6. Влох Н.П., Сашурин А.Д. Управление горным давлением на железных рудниках. М., Недра, 1974, 184 с. 7. Петухов И.М., Егоров П.В., Винокур Б.Ш. Предотвращение горных ударов на рудниках. М., Недра, 1984, 230 с. 8. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. – Л.: Недра, 1989. – 488 с.: ил. 9. Петухов И.М., Егоров П.В., Винокур Б.Ш. Предотвращение горных ударов на рудниках. М., Недра, 1974, 184 с. 10. Основы механики скальных пород: Учеб. пособие / В.Н. Крапивин; Ленинградский горный ин-т. Л., 1989. 96 с. 11. Галаев Н.З. Управление состоянием массива горных пород при подземной разработке рудных месторождений: Учебник для вузов. –М.: Недра, 1990. – 176 с.: ил. 12. Прогноз и предотвращение горных ударов на рудниках / Под ред. И.М. Петухова, А.М. Ильина, К.Н. Трубецкого. – М.: Изд. АГН, 1997. – 367 с.: ил. 13. Методы и средства решения задач горной геомеханики / Г.Н. Кузнецов, К.А. Ардашев и др. – М.: Недра. 1987. – 248 с. 14. Ардашев К.А., Ахматов В.И., Катков Г.А. Методы и приборы для исследования проявлений горного давления. Справочник. –М., 1981. 128 с. 15. М.И. Агошков. Конструирование и расчеты систем и технологии разработки рудных месторождений. – М.: Наука, 1965. – 220 с. 16. Грунтоведение. Под ред. акад. Е.М. Сергеева. – М., Изд-во МГУ, 1983, 392 с. 17. Совершенствование управления горным давлением при разработке наклонных и крутых угольных пластов. М., Недра, 1975, 232 с. 18. Н.И. Трушков. Разработка рудных месторождений. Подземные работы. II системы разработки. – М.-Л. Гостехиздат лит. по черной и цветной металлургии, 1947. 546 с. 19. В.Р. Именитов. Технология, механизация и организация производственных процессов при подземной разработке рудных месторождений. – м.: Недра, 1973, 464 с. 20. В.И. Борщ-Компониец, А.Б. Макаров. Горное давление при отработке мощных пологих рудных залежей. – М.: Недра, 1986, 271 с. 21. Г.М. Малахов. Управление горным давлением при разработке рудных месторождений Криворожского бассейна. – Киев: Наук. думка, 1990, 204 с. 22. Руководство по определению нормативной прочности твердеющей закладки на рудниках цветной металлургии. – СПб., 1993. – 40 с. (ВНИМИ). 23. В.А.Квочин. Управление сдвижением и удароопасностью горного массива при разработке железорудных месторождений Сибири на основе их геодинамики. Дисс. д.т.н., ВостНИГРИ, Новокузнецк, 2000, 78 с. ПРИЛОЖЕНИЕ ^
|
(см. далее п.2.1.8) должно быть не менее 3.
хорошо
1отлично
1 